Umwelt
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Im Verbundprojekt R-Rhenania wird eine industrielle Demonstrationsanlage am Standort der Monoverbrennungsanlage Altenstadt der Firma Emter errichtet und im Jahr 2024 den Betrieb aufnehmen. Die vorhandene Rostfeuerung-Monoverbrennung wird so umgebaut, dass ein neues thermochemisches Verfahren integriert werden kann, welches hochwirksame und schadstoffarme Dünger produziert (bis zu 17.000 t/a). Die thermochemischen Produkte werden in Gefäß- und Feldversuchen im ökologischen Landbau auf ihre Düngewirkung getestet. Die Umweltverträglichkeit der Demonstrationsanlage wird untersucht, wie auch die Übertragbarkeit des Verfahrens auf weitere Regionen.
High polarity analyte(s) in aqueous media: determination of L-PFOA and L-PFOS in ground water
(2022)
The CCQM-K156 comparison was coordinated by TUBITAK UME on behalf of the Organic Analysis Working Group (OAWG) of the Comité Consultatif pour la Quantité de Matière (CCQM) for National Measurement Institutes (NMIs) and Designated Institutes (DIs) which provide measurement services in organic analysis under the 'Comité International des Poids et Mesures' Mutual Recognition Arrangement (CIPM MRA).
Perfluoro alkyl substances (PFAS) such as PFOS and PFOA have been used in numerous industrial applications and products. Because of their high stability and resistance to biodegradation, atmospheric photooxidation, direct photolysis and hydrolysis, they are extremely persistent in the environment. The European Union (EU) Water Framework Directive lists PFOS as a priority hazardous substance that poses a significant risk to the aquatic environment. The use of PFOS-containing Aqueous Film-Forming Foams (AFFFs) has been banned since June 2011 in the EU. As relatively water-soluble, effectively non-degradable compounds, PFOS and PFOA migrate to ground water. They are not removed in the conventional drinking water treatment, and therefore cause health risks in polluted areas. The EU Drinking Water Directive and the European Commission has proposed a limit value of 100 ng/L for the sum of 20 PFAS, including PFOS and PFOA.
This study provides the means for assessing measurement capabilities for determination of high polarity measurands in a procedure that requires extraction, clean-up, analytical separation and detection. Successful participation in CCQM-K156 demonstrates measurement capabilities in determining mass fraction of organic compounds, with a molecular mass of 200 g/mol to 700 g/mol, having high polarity pKow -2, in a mass fraction range from 0.5 ng/kg to 500 ng/kg in aqueous media.
Nine NMIs and DIs participated in the CCQM-K156 key comparison. Seven institutes reported their results. SPE was applied in the sample pre-treatment and LC-MS was applied for detection. All participating laboratories applied isotope dilution mass spectrometry (IDMS) techniques for quantification. Participants established the metrological traceability of their results using certified reference materials (CRMs) from NMIs with stated traceability; where commercially available high purity materials were used the purity was determined in-house. The CCQM-K156 results for L-PFOA and L-PFOS range from 2.75 ng/kg to 5.50 ng/kg with a % RSD of 19.5 % for L-PFOA and from 2.04 ng/kg to 4.45 ng/kg with a % RSD of 21.3 % for L-PFOS. The KCRV was assigned using a Hierarchical Bayesian Random Effects Model (HB REM) estimator from the values reported by six of the participants. One participant result of L-PFOS and one result of L-PFOA were excluded from the KCRV for technical reasons. The KCRV was 4.9 ng/kg ± 0.4 ng/kg for L-PFOA and 3.8 ng/kg ± 0.4 ng/kg for L-PFOS. The six institutes that were included in the assignment of consensus KCRV all agreed within their standard uncertainties.
To reach the main text of this paper, click on Final Report. Note that this text is that which appears in Appendix B of the BIPM key comparison database https://www.bipm.org/kcdb/.
The final report has been peer-reviewed and approved for publication by the CCQM, according to the provisions of the CIPM Mutual Recognition Arrangement (CIPM MRA).
Many advanced materials consist of fibers. They are used as nonwovens, fabrics, or in composite materials. Characterization of individual fibers allows us to predict resulting material properties. We present a measurement setup and analysis software to characterize individual, micrometer-sized fibers fast and reliably. The setup is based on the lock-in thermography principle. Thermal diffusivity values of seven reference samples agree very well with previously reported values. We use our setup to investigate critical measurement parameters like excitation frequency, excitation power, pixel size, and fiber orientation. Our results show that fibers with subpixel diameters can be measured even if they are not aligned. However, special care has to be taken to choose an adequate excitation power. Measurements at high intensities can underestimate thermal diffusivity even though the raw data looks reasonable. By automatically measuring at different excitation powers, our setup solves this issue.
Im Verbundprojekt RUSEKU wurde die Probenahme von Wasserproben entscheidend weiterentwickelt. Wichtig ist hierbei zu gewährleisten, dass genügend Merkmalsträger in jeder Probe untersucht werden. Es muss daher eine für den Probenahmeort repräsentative Beprobung hinsichtlich des Wasservolumens in Abhängigkeit der Partikelanzahl gewährleistet sein.
Das Hauptaugenmerk lag im vorliegenden Projekt auf einer praxisnahen Beprobungsstrategie. Es wurden verschiedene Konzepte ausprobiert.
• Grundsätzlich hat sich gezeigt, dass eine Stichprobe eine Momentaufnahme des MP-Massengehaltes zeigt. Es wird eine hohe Statistik, also eine Vielzahl an Messungen am gleichen Probenahmeort, benötigt, um eine valide Aussage über den MP-Gehalt zu machen.
• Es zeigt sich, dass eine integrale Probenahme über mehrere Wochen mit dem SK routinemäßig möglich ist. Die erfassten MP-Massen sind reproduzierbar und robust.
• Die DFZ ist für Stichproben geeignet. Partikel < 50 µm werden eventuell unterschätzt
• Die fraktionierte Filtration kann für Stich- und Mischproben direkt im Feld genutzt werden. Fraktionen von 10 und 5 µm werden später im Labor Vakuum filtriert. Es erfolgt eine Fraktionierung der Probe mit Siebmaschenweiten von 1000, 500, 100, 50, 10 und 5 µm.
• Die fraktionierte Filtration kann auch anschließend an die Beprobung mit dem SK zur Anwendung kommen. Wird die mit dem SK gewonnene Wasserprobe fraktioniert filtriert, kann neben einem MP-Gesamtgehalt auch eine Einschätzung über die Partikelgrößen gewonnen werden.
• Für Wässer mit geringen Partikelzahlen wurde ein Messfiltertiegel entwickelt. Dieser hat eine Maschenweite von 6 µm. Seine Anwendung kann mögliche Verluste beim Transferieren vom Probenahmetool zum Messgefäß und mögliche Kontaminationen reduzieren.
Die Optimierung der Probenahmestrategie wurde durch Modellversuche und Simulationen unterstützt. Modellversuche zum Sinkverhalten und Simulationen von MP in realen Gewässern verdeutlichten das komplexe Verhalten der Partikel. Es konnte gezeigt werden, dass Partikel ab einer bestimmten Größe (und kleiner) bei genügend starker Turbulenz sich in der Wassersäule unabhängig von ihrer Dichte verhalten und so auch MP mit kleiner Dichte (z.B. PE) in der gesamten Wassersäule zu finden sind. Es konnte mit dem TEM die Existenz von NP gezeigt werden.
Ein wesentlicher Aspekt des RUSEKU Projektes war die Beprobung realer Kompartimente. Beprobt wurde neben Oberflächengewässern, das urbane Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern, Waschmaschinenabwasser und Flaschenwasser.
• In Oberflächengewässern wurde hauptsächlich PE gefunden. Je nach Probe und Gewässer konnten auch PP, PS, PET, PA, SBR und Acrylate nachgewiesen werden.
• Im urbanen Abwassersystem der Stadt Kaiserslautern konnte an allen Probenahmestandorten MP nachgewiesen werden. Es wurde hauptsächlich PE, neben geringeren Mengen an PP, PS und SBR gefunden. Nach einem Regenereignis war der SBR Anteil deutlich erhöht.
• Die Beprobung eines realen Wäschepostens, bestehend aus T-Shirts und Hemden mit PA/CO oder PES/CO Mischgewebe, zeigte einen PA- und PES-Austrag im Waschwasser. Der überwiegende Teil der detektierten Fasern ist aber auf Baumwolle zurückzuführen. Reine gravimetrische Messungen zur Detektion von MP führen zu einer starken Überschätzung.
• In Flaschenwasser (PET-Flaschen) konnte MP detektiert werden. PET wurde nur im stillen Mineralwasser, nicht in Mineralwasser mit Kohlensäure gefunden werden. Teilweise wurde auch das MP-Material des Verschlusses im Wasser detektiert.
• Für Luftproben konnte ein Aufbau zur größenselektiven Beprobung getestet werden.
Neben der Probenahme hat das Projekt auch gezeigt, dass die TED-GC/MS geeignet für die MP-Detektion im Routinebetrieb ist. Die TED-GC/MS konnte weiter optimiert werden. Es wurden MP-Massen bestimmt.
Im Projekt wurden erste realitätsnahe Referenzmaterialien für die MP Detektion hergestellt. Die Herstellung von realitätsnahen Polymeren in ausreichender Homogenität und Menge hat sich als große Herausforderung herausgestellt.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die rekombinante Herstellung der AnFAO in E. coli, welche ursprünglich von A. niger produziert wird, und deren anschließende Anwendung in der Entwick-lung eines Fumonisin- Biosensors für die Lebensmittelanalytik. In Bezug auf die aktuell steigen-den Lebensmittel- und Rohstoffpreise ist die Entwicklung eines Schnelltestsystems zur Detektion von Kontaminationen mit Mykotoxinen besonders gefragt, da zusätzliche Verluste und Kosten verhindert werden können. Für die Herstellung der AnFAO als MBP-Fusionsprotein und Biotin-Fusionsprotein mit zusätzlichem 6x His-Tag wurden die pET-MBP-AnFAO und pRSET-BH6-An-FAO Expressionsvektoren erfolgreich konstruiert. Die lösliche Expression im Cytoplasma wurde von MBP-AnFAO erreicht, wobei die Expression von BH6-AnFAO in inclusion bodies erfolgte und keine Aktivität des Enzyms nachgewiesen wurde. Die Enzymaktivität von MBP-AnFAO wurde im optischen Assay und amperometrisch durch die Detektion von H2O2 ermittelt. Im optischen Assay wurde die maximale spezifische Aktivität von 2,45 U/mg bei 45 °C, einer Enzymkonzentration von 3 μM und 50 μM FB1 erreicht. Generell wurden mit FB1 als Enzymsubstrat höhere Fluoreszenzsig-nale und dementsprechend höhere Enzymaktivitäten als für FB2 beobachtet. Es wurde ein linearer Zusammenhang der Enzymaktivitäten mit der Substratkonzentration beobachtet. Außerdem wurde ein Anstieg der H2O2-Konzentration mit zunehmender Inkubationszeit (bis zu 60 Minuten) erkannt. Des Weiteren wurde der Einfluss des MBP-Fusionsproteins auf die Enzymaktivität des AnFAO untersucht. Dabei wurde anhand von wesentlich geringeren Aktivitäten für AnFAO allein ein eventueller Einfluss des MBP auf dessen Aktivität festgestellt. Ein elektrochemischer Aufbau wurde zur Entwicklung eines Fumonisin- Sensors genutzt. Dazu wurde nachgewiesen, dass FB1 von rekombinant hergestelltem MBP-AnFAO unter Bildung von NH3 und H2O2 zu weniger toxi-schem FB1, dem FPy1, oxidiert werden kann. An der PB/Kohlenstoff-Elektrode, welche sensitiver gegenüber H2O2 und stabiler als die CoPC/Kohlenstoff Elektrode war, wurde die Reduktion des enzymatisch gebildeten H2O2 gemessen. Die Erstellung einer FB1- Kalibriergerade mit FB1- Lösun-gen verschiedener Konzentrationen zeigte, dass das Enzym auch in immobilisierter Form in der Lage ist unterschiedliche Konzentrationen an FB1 zu desaminieren. Dazu gehört auch der Kon-zentrationsbereich unterhalb des festgelegten Grenzwertes von 2,7 μmol/kg für Fumonisin. Die amperometrischen Kurven hierfür wurden an der PB/Kohlenstoff-Elektrode erfolgreich aufge-nommen. Störungen des H2O2- Redoxstroms durch das Enzym, der Enzymsubstrate und der Ne-benprodukte während der amperometrischen Messung wurden ausgeschlossen. Sowohl im opti-schen als auch im amperometrischen Assay wurde ausschließlich das enzymatisch gebildete H2O2 bestimmt.
Bisphenol A (BPA) is used in Polycarbonate, Polyacrylic resins, Polysulfones, Epoxy resins, and Polyetherimides. It is also used in recycled Polyvinyl chloride [1–3]. BPA has been classified as a substance of very high concern (SVHC) under REACH [4] due to its endocrine disrupting properties. The German competent authorities want to reduce the content of BPA in the environment. Possible substitutes for BPA are Bisphenol B (BPB), Bisphenol E (BPE),
Bisphenol F (BPF), or Bisphenol S (BPS), as they are similar in structure.
BPA-based materials have a wide area of application especially outside. These outdoor applications are exposed to different external influences, including physical, biological, mechanical and chemical influences. This results in damage and aging of the material with leaching or migration into the environment. There, the substance is transformed by various transformation processes. The emerging metabolites and transformation products (TPs) can have different properties than the parent substance. Understanding the fate and behavior of the emerging pollutants is very important.
Therefore, different transformation products of selected bisphenols will be generated and analyzed:
To investigate the fate of different bisphenols in water treatment plants technical transformation products [5] will be generated by chlorination, ozonization, the Fenton reaction, and UV-radiation.
For the investigation of the fate of Bisphenols in surface water global radiation will be simulated with UVA-lamps
Simulation of phase-I-metabolism with an electrochemical cell coupled to mass spectrometry (EC-MS).
1. Projektreffen mit dem Umweltbundesamt für das Projekt MARKERIA (VH1802).
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.
ESI-CorA ist ein nationales Verbundprojekt mit dem Ziel des Nachweises von SARS-CoV-2 im Abwasser.
Das UBA hat als Teilprojekt das Projekt MARKERIA (VH1802) an die BAM vergeben.
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.
Vortrag zum Kick-off des Projektes.
Ziel des Projektes ist es, die Eignung der Bestimmung eines oder mehrerer der genannten anthropogenen Marker im Abwasser zur Volumenkorrektur („Kalibration“) im SARS-CoV-2-Monitoring von Abwässern auf der Basis eines von der BAM zu erhebenden Messdatensatzes zu evaluieren.